(57)【要約】【課題】  曲線の通過速度の更なる向上と、乗り心地の向上を達成する。【解決手段】  台車１上で車体２を支持した鉄道車両１１の車体傾斜制御装置である。台車１上の幅方向左右側に対をなして設けられ、車体２の傾斜検知に基づき空気を給排して車体傾斜を行う空気ばね３と、前記空気ばね３の互いの中心を結ぶ直線と平行に、かつ、車体２に対して回転可能な保持具で車体２に直接取り付けられたトーションバー５ｂと、一方の端部が回転可能にトーションバー５ｂの端部に取り付けられ、他方の端部が台車１と回転可能に取り付けられる一定長さのロッド５ｄとを備える。空気ばね３による傾斜制御とトーションバー５ｂによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成する。【効果】  車体傾斜制御と傾斜抑制を同時に作用させることにより走行速度の更なる向上を可能にすると共に、走行時のビビリ振動を抑制し、乗り心地の向上を図る。    【選択図】  図１
2005035495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車上で車体を支持した鉄道車両の車体傾斜制御装置であって、
車体を支持するように前記台車上の幅方向左右側に対をなして設けられ、前記車体の傾斜検知に基づいて空気を給排することで車体傾斜を行う空気ばねと、
前記対をなす空気ばねの互いの中心を結ぶ直線と平行に、かつ、前記車体に対して回転可能な保持具により前記車体に直接取り付けられたトーションバーと、
一方の端部が回転可能に前記トーションバーの端部に取り付けられ、他方の端部が前記台車と回転可能に取り付けられる一定長さのロッドとを備え、
前記空気ばねによる傾斜制御とトーションバーによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成されていることを特徴とする車体傾斜制御装置。
【請求項２】
台車上で車体を支持した鉄道車両の車体傾斜制御装置であって、
車体を支持するように前記台車上の幅方向左右側に対をなして設けられ、前記車体の傾斜検知に基づいて空気を給排することで車体傾斜を行う空気ばねと、
前記対をなす空気ばねの互いの中心を結ぶ直線と平行に、かつ、前記台車に対して回転可能な保持具により前記台車に直接取り付けられたトーションバーと、
一方の端部が回転可能に前記トーションバーの端部に取り付けられ、他方の端部が前記車体と回転可能に取り付けられる一定長さのロッドとを備え、
前記空気ばねによる傾斜制御とトーションバーによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成されていることを特徴とする車体傾斜制御装置。
【請求項３】
前記空気ばねの上下剛性の値を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える鉄道車両の空気ばねの上下剛性値よりも低くすることを特徴とする請求項１又は２記載の車体傾斜制御装置。
【請求項４】
前記台車に空気ばねの空気容量を補助する補助空気室を更に備え、前記補助空気室の容量を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える鉄道車両の台車の補助空気室の容量よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の車体傾斜制御装置。
【請求項５】
前記空気ばねと前記補助空気室との間で空気の出入をさせるオリフィスを更に備え、前記オリフィスの内径を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える鉄道車両の台車に設けられた補助空気室と空気ばねとの間で空気の出入をさせるオリフィスの内径よりも大きくすることを特徴とする請求項４記載の車体傾斜制御装置。
【請求項６】
前記台車に空気ばねの空気容量を補助する補助空気室と、前記空気ばねと前記補助空気室との間で空気の出入をさせるオリフィスとを更に備え、前記オリフィスの内径を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える鉄道車両の台車に設けられた補助空気室と空気ばねとの間で空気の出入をさせるオリフィスの内径よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の車体傾斜制御装置。
【請求項７】
車体のローリング振動を抑制するアンチローリング装置と、車体傾斜制御装置とを備えた鉄道車両の、台車と車体間における台車の幅方向左右側に介在させた空気ばねに、車体の傾斜検知に基づいてエアーを給排することで車体の傾斜制御を行いながら、一方で前記鉄道車両の車体に対する台車の相対的な位置変動をバイアスを加えずにトーションバーに伝え、前記トーションバーによる傾斜抑制機能と、前記空気ばねによる傾斜制御機能とを、常時並列的に機能させることを特徴とする車体傾斜制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の車体傾斜制御方法において、前記空気ばねの上下方向の剛性値を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両の空気ばねの上下方向の剛性値よりも小さくなるように調整した空気ばねを使用することを特徴とする車体傾斜制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最高走行速度が時速２００ｋｍを超すような高速鉄道車両において、特に曲線路での走行速度の更なる向上と、その向上した走行速度で通過する曲線を含むすべての区間で乗り心地を向上させることが可能な鉄道車両の車体傾斜制御装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線路を通過する際に、高速での通過とその際の乗客の乗り心地の悪化防止を図るため、軌道の曲線部分にはカントが施され、遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するようになされている。
【０００３】
この曲線路での走行速度を向上させるには、カント量を大きくすれば良いが、カント量を大きくし過ぎると、低速で走行した場合や停車した場合に、車体の傾きが大きくなって乗客に不快感を与えると共に、車両が曲線路の内軌側に転倒する危険性がある。従って、安全上、カント量には上限が設定されている。
【０００４】
ところで、車両が、施されたカント量から算出される均衡速度を超えた速度で走行すると、車両（特に車体）にはカントで相殺できない超過遠心力が発生し、乗り心地を悪くすると共に脱線の危険も生じる。
【０００５】
一方、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、曲線路での更なる高速走行を可能とする為に種々の車体傾斜制御装置が採用されている。この車体傾斜制御装置は、超過遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するように車体を強制的に傾斜させるもので、その一例を図４に示す。
【０００６】
図４に示したものは、台車１と車体２間に介在させた空気ばね３に給排するエアーを制御することで車体２を傾斜させるものである。このような車体傾斜制御では、ある条件下で車体のローリング振動を抑制するためにアンチローリング装置を付加することがある。    
【特許文献１】特開平１０−２８７２４１号公報
【特許文献２】特開平６−５６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
傾斜制御作用とアンチローリング作用とが相反するものなので、これまでの車体傾斜制御装置では、アンチローリング機構が常時作用しないようにしたり、アンチローリング作用を抑制させるような機構を設けるようにし、全ての走行条件下で適切に、車体のローリング振動を抑制することが困難であった。すなわち、空気ばねを用いた傾斜制御を行う鉄道車両で、アンチローリング機構を併用させ、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両に空気ばねを用いた車体傾斜装置にアンチローリング装置を付加し、簡単な構成で、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成するために、例えば車体を支持するように台車上の幅方向左右側に対をなして設けられ、前記車体の傾斜検知に基づいて空気を給排することで車体傾斜を行う空気ばねと、前記対をなす空気ばねの互いの中心を結ぶ直線と平行に、かつ、前記車体に対して回転可能な保持具により前記車体に直接取り付けられたトーションバーと、一方の端部が回転可能に前記トーションバーの端部に取り付けられ、他方の端部が前記台車と回転可能に取り付けられる一定長さのロッドとを備え、前記空気ばねによる傾斜制御とトーションバーによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成している。
【０００９】
なお、ここで「直接取り付ける」とは、トーションバーを保持具、取り付け具等によって単純に直接的に取り付けることを指す。この保持具、取り付け具は、ダンパーや緩衝ゴム等の単純な緩衝用部品は装備可能である。更に「一定長さのロッド」とは、アクチュエータ等により長さや角度が変わらず、傾斜制御には使用されないロッドを指す。このロッドについても、ダンパーや緩衝ゴム等の単純な緩衝用部品は装備可能である。加えて「常時」とは、直線走行、曲線走行、異常時など鉄道車両が経験する全ての状態の時を指し、「並列」とは、相互に干渉して互いの動きを互いの動きによって抑制制御するのではなく、傾斜制御機能とアンチローリング機能（傾斜抑制機能）とがそれぞれ独立して作用している状態をいう。言い換えると、同時にそれぞれが作用しているとも言える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記のように構成することで、トーションバーによる傾斜抑制機能と、空気ばねによる傾斜制御機能とが並列的に設置され、常に、両方の作用が車両に及ぶようになり、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る車体傾斜制御装置は、台車上で車体を支持した鉄道車両の車体傾斜制御装置であって、
車体を支持するように前記台車上の幅方向左右側に対をなして設けられ、前記車体の傾斜検知に基づいて空気を給排することで車体傾斜を行う空気ばねと、
前記対をなす空気ばねの互いの中心を結ぶ直線と平行に、かつ、前記車体（又は台車）に対して回転可能な保持具により前記車体（又は台車）に直接取り付けられたトーションバーと、
一方の端部が回転可能に前記トーションバーの端部に取り付けられ、他方の端部が前記台車（又は車体）と回転可能に取り付けられる一定長さのロッドとを備え、
前記空気ばねによる傾斜制御とトーションバーによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成したものである。
【００１２】
例えば傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える従前の鉄道車両の空気ばねの上下剛性値（下記表中では「普通」としている。）での、特に曲線路の許容速度と乗り心地を「基準」とした時、この基準の鉄道車両に車体のローリング振動を抑制するアンチローリング装置を備えさせた場合（比較例１）や、基準よりも空気ばねを硬く設定した場合（比較例２）には、曲線路における許容速度は向上するものの、乗り心地は悪くなる。なお、本発明における空気ばねの上下剛性とは、空気ばねが上下方向に変位する際の、静的な空気ばね自身のばね定数をいう。
【００１３】
一方、アンチローリング装置は備えさせずに、前記一般的な上下剛性値（「普通」）の空気ばねへのエアーの給排による車体傾斜制御を行った場合（比較例３）は、アンチローリング装置を備えさせた場合や、前記基準よりも空気ばねを硬く設定した場合よりも曲線路における許容速度は更に向上するものの、乗り心地は基準の場合と変化はない。
【００１４】
これらに対し、空気ばねによる車体傾斜制御とトーションバーによる傾斜抑制とが常時並列して作用するように構成した本発明では、曲線路における許容速度は、前記従前の空気ばねへのエアーの給排による車体傾斜制御を行った場合と同様の許容速度を維持できると共に、高周波振動であるビビリ振動をも抑制でき、乗り心地は少なくとも基準の場合と同等以上に良くできる。この際、時速２００ｋｍを超して走行するような高速鉄道車両では、空気ばねの上下剛性の値を、前述した従前の傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備える高速の鉄道車両の空気ばねの上下剛性値よりも低くすると更に効果的でより好ましい。なお、上下剛性値を低くすることと空気ばね硬さを軟らかくする事は等価である。以上の説明内容を図示したのが図２及び下記表１である。下記表１では曲線路における許容速度は左右定常加速度の比較によって表している。
【００１５】
【表１】
2005035495.tif 000003
【００１６】
ところで、空気ばねによる車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両では、空気ばね本体の他に補助空気室を備えたものもある。また、この補助空気室を備えたものにあっては、空気ばねと補助空気室との間で空気の出入をさせるオリフィスを更に備えたものもある。この場合、空気ばね本体に供給されたエアーは（オリフィスを備えたものではオリフィスを通って）補助空気室にも至る。空気ばねの特性は、オリフィスの直径や、補助空気室の容量を変更することによっても変更可能である。なお、補助空気室は、空気源とも空気ばね本体とも異なり、台車枠の中を空洞にすることで形成されることが好ましい。
【００１７】
上記の何れかの本発明において、車体傾斜制御に使用する空気ばねを軟らかくするために空気ばねのオリフィス直径を、前述の空気ばねによる傾斜制御のみの鉄道車両における空気ばねのオリフィス直径よりも大きくする事がより好ましい。空気ばねのオリフィス直径とダンパー機能を示す減衰比の関係の一例を示したのが図３である。
【００１８】
図３に示したように、台車によって使用する空気ばねの減衰比を表す曲線は若干異なるが、これまでの鉄道車両では、減衰比がピークとなるオリフィス直径に設定されていた。これに対して、本発明では、減衰比のピークを示すようなこれまでの鉄道車両に使用されてきたオリフィス直径よりも大きなオリフィス直径に設定することにより、車体傾斜制御に使用する空気ばねを軟らかくする。
【００１９】
このオリフィス直径は、１５〜２０ｍｍの場合に特に好ましい。オリフィス直径が１５ｍｍ未満の、減衰比がピークとなるオリフィス直径よりも小さい直径を採用すると、固有振動数が大きくなって空気ばねは見かけ上硬くなり、高周波ビビリ振動を抑制できない。一方、オリフィス直径が２０ｍｍを超えると、共振周波数は小さくなるものの、十分な減衰力が得られずに振動エネルギーを十分に吸収できず、乗り心地の改善にはつながらない。また、減衰比がピークとなる近傍のオリフィス直径は、必要とする減衰力は得られるものの、まだ共振周波数は高めであるので、空気ばねは見かけ上硬く、ビビリ振動を抑制できない。
【００２０】
また、本発明において、車体傾斜制御に使用する空気ばねを軟らかく設定する手段は、上記のように空気ばねのオリフィス直径を大きくするものに限らず、補助空気室の容量を、これまでの空気ばねによる傾斜制御のみの鉄道車両の補助空気室容量よりも大きくすることによっても、また、これら両者を併用するものでも良い。
【００２１】
この補助空気室の容量は、これまでの空気ばねによる傾斜制御のみの鉄道車両にある補助空気室の２倍程度の８０〜１６０リットルとするとより好ましい。１６０リットルを超えると、補助空気室を台車枠内に形成する関係上、台車の強度を損なう恐れがある。一方、８０リットル未満では、十分に補助空気室容量を増加した効果が期待できないからである。
【００２２】
本発明者のシュミレーションによれば、空気ばねの補助空気室の容量を６０リットルから、８０リットル、１００リットル、１２０リットル…と、大きくすれば、空気ばねの共振周波数が１．５３Ｈｚから１．４６Ｈｚ，１．４２Ｈｚ，１．３８Ｈｚ…と減少し、オリフィス直径を大きくした場合と同様に、空気ばねが柔らかくなる。補助空気室容量が８０リットル未満では、補助空気室容量を８０〜１６０リットルとした場合よりも減少割合が大きい。
【００２３】
また、本発明に係る車体傾斜制御方法は、車体のローリング振動を抑制するアンチローリング装置と、車体傾斜制御装置とを備えた鉄道車両の、台車と車体間における台車の幅方向左右側に介在させた空気ばねに、車体の傾斜検知に基づいてエアーを給排することで車体の傾斜制御を行いながら、一方で前記鉄道車両の車体に対する台車の相対的な位置変動をバイアスを加えずにトーションバーに伝え、前記トーションバーによる傾斜抑制機能と、前記空気ばねによる傾斜制御機能とを、並列に同時に機能させるものであり、その際、前記空気ばねの上下方向の剛性値を、傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両の空気ばねよりも小さくなるように調整した空気ばねを使用することが望ましい。
【００２４】
ここで「バイアスを加えず」とは、前記の「直接取り付け」る事と、「一定長さのロッド」とを足し合わせた機能を指し、トーションバーには、保持具や取り付け具以外何か特別に機能するものなしに、アクチュエータなど位置変動するものもなく、直接的に車体のねじれが伝えられる事である。
【００２５】
この本発明に係る車体傾斜制御方法は、例えば上記の本発明に係る車体傾斜制御装置を使用することによって実施できる。また、上記の本発明に係る車体傾斜制御装置を搭載した鉄道車両では、曲線路を、従来の車体傾斜制御装置を搭載した鉄道車両と同じ走行速度で、しかも、ローリング振動はもとよりビビリ振動をも抑制して、従前の鉄道車両よりも良好な乗り心地で走行することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明に係る車体傾斜制御装置を図１に示す１実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る車体傾斜制御装置の説明図である。
【００２７】
図１において、１１は本発明に係る車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両であり、台車１上の幅方向左右側に対をなして設けられた空気ばね３に、その途中に給気弁を設けた空気管路を介して空気源からエアーを供給したり、また、前記空気管路の途中に設けた排気弁を通して空気ばね３のエアーを排出することで車体２の傾斜制御を行うようになっている。
【００２８】
そして、本発明に係る車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両１１では、前記車体傾斜制御に使用する空気ばね３を、車体傾斜制御に空気ばねのみを用いる車体傾斜制御装置を備えた一般的な時速２００ｋｍを超えるような高速で走行する高速鉄道車両の空気ばね（例えば上下荷重が６３．４ｋＮの場合には２１６ｋＮ／ｍ）よりも柔らかく、例えば１００ｋＮ／ｍ±２０％の範囲に設定する。この空気ばね３の設定は、例えば空気ばね３の減衰比のピークを超え、減衰比が小さくなるようなオリフィス直径（例えば１８ｍｍ）を選択することによって達成できる。
【００２９】
また、この鉄道車両１１には、車体２のローリングを防止するためのアンチローリング装置５が備えられている。この本発明のアンチローリング装置５のトーションバー５ｂは、ただ単に回転が自在なように、前記対をなす空気ばね３の互いの中心を結ぶ直線と平行に支持されている。そして、アクチュエータなどを組み込まず長さが一定のロッド５ｄを介して、台車１に接続されている。
【００３０】
すなわち、図１のように車体２の底面に設けたブラケット５ａにトーションバー５ｂを回転が自在なように支持させ、このトーションバー５ｂの両端をリンク５ｃ、ロッド５ｄ介して台車１に取り付けている。
【００３１】
上記構成の本発明に係る車体傾斜制御装置を備えた鉄道車両においては、例えば曲線路の通過時、走行速度が均衡速度よりも速くて車体２に超過遠心力が作用した場合には、この超過遠心力と重力の合力が車体２の床面に垂直に作用するように、検知装置で検出したカントによる車体２の傾斜量を基に、本発明方法により、曲線外軌側に位置する空気ばね３にはエアーを供給する一方、曲線内軌側に位置する空気ばね３からはエアーを排出し、前記合力が車体２の床面に垂直に作用するように車体２を傾斜制御する。そして、その際、トーションバー５ｂによる傾斜抑制も同時に作用している。
【００３２】
本発明では、上記の車体傾斜制御により、従来の車体傾斜制御を実施する鉄道車両と同様で、かつ、アンチローリング装置のみを備えた車両よりも更に高速で特には曲線路を高速で走行することができる。加えて、本発明では、空気ばねを従来よりも柔らかく設定したことにより、走行時に、従来のような高周波のビビリ振動は発生せず、更に乗り心地がよくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、車体傾斜制御と傾斜抑制を同時に作用させることによって、特に最高走行速度が２００ｋｍを超すような高速鉄道車両において、走行速度を更に向上させて走行できると共に、空気ばねの設定を柔らかくすることで走行時のビビリ振動をも抑制でき、乗り心地の向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る車体傾斜制御装置の説明図で、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図である。
【図２】従来例、比較例と本発明例における曲線路での許容速度と乗り心地の関係を表した図である。
【図３】空気ばねのオリフィス直径と減衰比の関係の一例を示した図である。
【図４】車体傾斜制御装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    台車
２    車体
３    空気ばね
５    アンチローリング装置
５ａ  ブラケット
５ｂ  トーションバー
５ｄ  ロッド
１１  鉄道車両
【図１】
2005035495.tif 000004
【図２】
2005035495.tif 000005
【図３】
2005035495.tif 000006
【図４】
2005035495.tif 000007